武汉科技大学城建学院 李海承 李玉云 田英 陈桂营
摘 要：通过对武汉市居住建筑的建筑信息与能耗的调查，以武汉市某居住建筑为研究对象，采用
Dest-h进行能耗模拟，研究居住建筑用能限值与实际能耗的误差及原因；研究外围护结构传热系数、遮阳系数、换气次数、建筑朝向、室内空调供暖设备对居住建筑能耗的影响。结果表明：实际能耗远低于居住建筑用能限值的主要原因是空调间歇运行、居民开窗通风、居民的忍受极限。降低外围护结构的传热系数、利用自然通风、选择好的遮阳形式、提高空调供暖系统能效比都会有好的节能效果。
关键词：居住建筑；输入参数；节能；限值
Energy-saving Analysis of A Residential
Building In Wuhan City
By Li Haicheng Li Yuyun Tian Ying Chen Guiying
Abstract: Base on the investigation of building information and energy consumption of residential buildings in Wuhan city， for a residential building in Wuhan City as the research object, adopting Dest-h software to make energy consumption simulation， studies the error between the limit values of energy consumption and the actual energy consumption and the reasons for residential buildings。 Research the influence of outer envelope thermal transfer coefficient, shading coefficient, ventilation rate, building orientation， indoor air conditioning and heating equipment on residential building energy consumption. The results show that the actual energy consumption is far lower than
1
the limit values of residential building energy consumption is mainly due to intermittent operation of air-conditioner, ventilation with window open, endurance limit of residents. Reducing thermal transfer coefficient of outer envelope, utilizing natural ventilation, selecting a good shading form and enhancing energy efficiency of air conditioning and heating system all have good effect on energy saving.
Keywords: residential buildings；input parameters；energy saving；limit values
1 引言
据统计，截至2007年低，武汉城区房屋建筑542955栋，总
150.6占地面积10259.54万㎡，总建筑面积31286.31万㎡，其中武汉144.6160136.4115.4140城区既有建筑19150.58万㎡，住宅建筑11353.21万㎡，人均住
宅建筑面积为26.86㎡/人。既有建筑中95%以上是高能耗建筑；120100每年新建建筑800～1200万㎡，节能建筑为10%左右。武汉市既8060有建筑的围护结构热工状况普遍较差，屋面：非透光部分屋面传
40热系数为0.44～1.62W/（㎡·K），透光部分屋面传热系数一般为
205.4～6.4W/（㎡·K）；外墙：传热系数为1.11～2.47 W/（㎡·K）,24002004200520062007砖墙的传热系数为2.2～2.4 W/（㎡·K）；地面：底部接触室外空气地面的传热系数1.0～3.63 W/（㎡·K）；外窗：单层钢窗
图1 武汉市居民家庭每百户 的建筑居多，传热系数一般在6.4W/（㎡·K），遮蔽系数一般大空调器拥有量 于0.8。空调供暖以家用分体空调为主，也有部分居民用电取暖
器，省直机关以集中供暖为主。图1为武汉市居民家庭每百户空调器拥有量。从图中可知，家用空调器逐年增长，增长率为9.45%。随着经济水平的提高，居民渴望舒适健康的室内环境。因此，居住建筑节能的主要任务之一是提高用能设备的能效，避免能耗随建设规模增大和生活水平提高造成的大幅度增长，减少由此给我国能源供应带来的沉重压力。
国内外已有大量的文献讨论居住建筑围护结构、窗墙比对能耗的影响，但基本是讨论相对节能量变化，其模拟能耗值与实际能耗相差较大。笔者在武汉市居住建筑信息、能耗调查与测试的基础上，以某居住建筑群为研究对象，运用清华大学研发的Dest-h能耗模拟软件，通过不同节能手段（如利用自然通风，改变遮阳形式，改变朝向、改变围护结构热工参数等）以及改变空调供暖运行时间的模拟比较，
[1]
研究武汉市居住建筑的节能措施，分析居民实际耗能与居住建筑节能综合指标限值相差甚远的原因，为新建居住建筑节能与既有建筑节能改造提供依据。
2 建筑的信息和参数设置
2.1 建筑信息
表1 窗墙比
2
南 西 北 综合 该建筑群占地面积11273.86㎡，建筑面积74247.92朝向 东 ㎡，共有10栋，均为条式单元住宅建筑，户型分别为四室窗墙比 0.07 0.17 0.07 0.12 0.12 ○
两厅一厨两卫、三室两厅一厨两卫，坐北朝南（偏东10）。
图2为某栋建筑，其户型为三室两厅一厨两卫，总建筑面积为6820.14㎡，空调面积为4580.50㎡，层高为3.0m，共6+1层，一梯2户，每层8户，共48户。一至五层户型相同，都是三室两厅一厨两卫，六层用户带有夹层房间。此建筑的体形系数为0.371，其窗墙比见表1。建筑立面图和标准层平面图如图2、图3所示。 2.2 参数设定
建筑能耗模拟的输入参数主要有房间功能、内部热扰状况、室内环境控制参数、通风次数、空调模式等的设定。
1.围护结构
（1）非节能型住宅:根据对武汉市居住建筑的调查、依照
图2 建筑立体图 《居住建筑节能设计标准（夏热冬冷地区）宣贯教材》提供的上世纪80年代典型住宅的内、外围护结构热工参数；
[2]
（2）节能型住宅:根据湖北省地方《居住建筑节能设计标准》规定性指标要求，取符合节能50％
图3 建筑标准层平面图 标准限值的热工参数，两种类型住宅建筑围护结构参数设置见表2。
2.内部热扰
表2 建筑围护结构热工参数 住宅建筑的房间功能主要有客厅、餐
传热系数 传热系数限值 厅、卧室、厨房、洗手间等。依据房间功能 围护结构 22（W/m·K） （W/m·K） 设置室内人员、照明、设备以及空调供暖运外墙 1.904 2.0 行时间（厨房、洗手间为非供暖空调房间）。 屋面 1.45 1.5 普通非节能型住宅 内墙 1.989 2.00 （1）人员热扰
外窗 6.4//SC0.85 6.4- 设起居室和餐厅的人数为3人，主卧室
外墙 0.987 1.0 的人数为2人，次卧室的人数为1人。人员屋面 0.777 0.8 节能型住宅 在室率如下： 内墙 1.989 2.00 外窗 4.7/SC0.65 4.7/SC0.65 ·卧室：22:00～次日6:00，人员在室
率100%。
·客厅：工作日19:00～22:00，人员在室率60%；假日8:00～12:00、13:00～18:00,人员在室率60%,19:00～22:00，人员在室率100%。
·餐厅：工作日7:00～8:00、18:00～19:00，人员在室率100%；假日7:00～8:00、12:00～13:00、18:00～19:00，人员在室率100%。 （2）照明热扰
3
起居室、主卧室、次卧室、餐厅、厨房的照明密度为7W/㎡，卫生间的照明密度为6W/㎡，楼梯间的照明密度为5W/㎡。房间照明的运行时间如下。
·卧室：6:00～7:00、21:00～22:00。 ·客厅：19:00～22:00。 ·餐厅：18:00～19:00。 ·厨房：18:00～20:00。
·卫生间：6:00～7:00、20:00～21:00。
（3）设备热扰 房间的设备（不含分体空调）功率按4.3W/㎡来计算，房间设备的作息时间见表3。
表3 设备逐时使用率 房间类别 工作日 节假日 工作日 节假日 厨房 工作日 节假日 卫生间 工作日 节假日 0 0 0 0 0 0.5 1 0.5 0.5 0 0.5 0 0.5 0 0 0 1 0 0 0 0.5 0.5 1 1 0.5 0.5 1 1 时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 0.5 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 1 1 0 0 0 0 0 21 22 23 0 0 0 24 起居室 书房 3.通风次数
空调器采暖和制冷时的换气次数为1.0ac/h（满足基本卫生要求）。过渡季节换气次数为7.0ac/h，
～
即窗户全部打开 [3][6]。
4.室内环境控制参数与室外气象参数
空调室温设定值为26℃，供暖室温设定值为18℃；室内相对湿度设定值为40%～60%。模拟计算所
[7]
采用的武汉市典型气象年数据是采用Medpha软件生成的全年逐时气象数据。表4是武汉地区空调采暖高出或低于室内设定参数的小时数。
表4 室外温度高出设定值的小时数 月份 1月 2月 3月 5月 6月 7月 比较参数 <18℃ >26℃ 小时数/h 744 672 633 415 379 548 8月 594 9月 257 11月 12月 <18℃ 585 744 5.空调采暖系统运行模式
表5 空调供暖系统全年运行时间表 空调采暖系统运行必须同时满足以下条件：
系统工作时间 季节 ·在表5所示的时间段。
供暖 11月1日～次年3月15日 ·室内温度超过28℃（夏天）或者低于16℃（冬天）；
空调 5月15日～10月1日 ·日运行时间与室内人员同步。 6.空调供暖能效比
普通家用空气源热泵空调器，冬季采暖、夏季制冷。
·节能型建筑：空调器制冷额定能效比取2.3，供暖额定能效比取1.9。 ·不节能型建筑：空调器制冷额定能效比取2.2，电取暖器能效比取1.0。
表6 不同换气次数的能耗统计 4
3模拟结果及分析
统计项目 单位 21.0次换气 1.5次换气 建筑负荷面积指标 节能量/% 全年最大热负荷 W/m 102.22 114.43 10.67% 3.1节能型住宅与非节能型住宅比
2全年最大冷负荷 W/m 101.01 109.65 7.88% 较分析 2全年累计热负荷 kW·h/m 54.10 65.78 17.76% 1.门窗密封性对能耗的影响 2全年累计冷负荷 kW·h/m 42.72 50.33 15.11% 设围护结构为普通非节能型建耗电量面积指标 - 2筑，换气系数分别为1.0次、1.5次。全年累计供暖耗电量 kW·h/m 54.10 65.78 17.76% 2全年负荷模拟结果见表6。 全年累计空调耗电量 kW·h/m 19.42 22.88 15.12% 2从表6可以看出，当换气次数减供暖空调耗电量 kW·h/m 73.52 88.66 17.08% 少0.5次时，节能17.08%。因此，※ 空调器制冷额定能效比取2.2，电取暖器能效比取1。 提高围护结构的密封性，可以减少供
暖和空调耗电量，但室内新风量必须满足室内人员的健康要求。
2.围护结构热工参数对能耗的影响
在1.0次换气条件下，依据表1设置节能型住宅和非节能型住宅围护结构的输入参数，其模拟结果见表7。从表7可知道，供暖节能量大于空调节能量，节能型住宅相对于非节能型住宅的节能率为29.47%，达到通过改变围护结构热工参数节能25%左右的要求。
3.空调采暖能效比对能耗的影响
表8空调供暖设备能效比对能耗的影响。当供暖设备能效比从1提高到1.9时，节能47.37%；当空调设备能效比从2.2提高到2.3时，节能4.35%；共节能35.03%，满足通过提高空调采暖设备能效比节能25%左右的要求。
表9是不同方式下所得到的空调供表7 节能住宅与非节能住宅的能耗统计 暖能耗。其中：①本文模拟的空调采暖能统计项目 单位 节能住宅 非节能住宅 节能量 建筑负荷指标 耗——简称模拟；②《湖北省居住建筑节
2全年最大热负荷指标 W/m 87.59 114.43 23.46% 能设计标准-50%》给出的限值——简称标2全年最大冷负荷指标 W/m 87.90 109.65 19.84% 准；③实际调查的居民能耗简称——实2全年累计热负荷指标 kW·h/m 43.76 65.78 33.47% 2全年累计冷负荷指标 kW·h/m 38.68 50.33 23.13% 际。从表中可知，模拟的采暖空调能耗仅
耗电量指标 占《标准》的采暖空调能耗限值的62.22%2累计供暖耗电量 kW·h/m 23.03 34.62 33.47% （节能建筑），实际的空调供暖能耗仅占2累计空调耗电量 kW·h/m 16.82 21.88 23.13% 限值的20.14%（节能建筑）。出现这种差2供暖空调耗电量 kW·h/m 39.85 56.50 29.47% 距的主要原因是《标准》的模拟条件与客※ 空调器制冷额定能效比取2.3，电取暖器能效比取1.9。 观事实严重不符，具体表现在以下三个方
面:
表8 空调供暖能效比对能耗的影响 能效比 供暖能耗/ kW·h/m 能效比 供冷能耗/ kW·h/m 2221.9 1 节能率 23.03 43.76 47.37% 2.30 2.20 16.82 17.58 4.35% 供暖空调能耗/ kW·h/m 39.85 61.34 35.03% 表9 不同方式下所得到的空调供暖能耗 5
③ 标准 模拟 实际 模拟/标准 实际/标准 （1）《标准》的能耗限值对应项目 的采暖空调设备24小时连续运行，HDD18 1690 1628 - 空调采暖时间段满足室内温度设定CDD26 227 272 - 要求；本文的模拟能耗对应的采暖供暖 基础建筑 72.08 54.1 12.9① 75.06% 17.90% 空调设备间歇运行，且超过限制才 节能建筑 35.79 23.03 /7.1② 64.35% 36.04% 开机；而实际情况下供暖空调设备空调 基础建筑 31.21 21.88 3.6 70.11% 41.33% 间歇运行；市民一般高于30℃才开 节能建筑 28.25 16.82 59.54% 45.66% 启所在房间的空调。因此，供暖空供暖空调 基础建筑 103.29 73.52 16.5 71.18% 12.49% 调的实际运行时间远小于《标准》 节能建筑 64.05 39.85 /10.7 62.22% 20.14% 对应的运行时间。 建筑能耗 - - - 44.02 （2）夏季室内设定温度为① 集中供热;②空调方式供暖;③按当量值折算。 26℃，冬季室内设定温度为18℃。
在实际情况中，夏季室温稍高于26℃，例如28℃；冬季室温稍低于18℃时，例如15℃。
（3）换气次数全年为1.0次/小时，而在实际情况中，过渡季节和刚进入空调季时，居民会开窗加强自然通风，以改善室内热环境，这时的换气次数就不止1.0次/小时，可达到7.0次/小时，甚至是10.0次/小时。 3.2节能措施
3.2.1自然通风（改变换气次数）
无论是《标准》还是《模拟》的参数设置，全年换气次数均为1.0ac/h，而在实际情况中，当居民打开窗户通风时，换气次数可以达到7.0ac/h～10.0 ac/h。分别模拟1.0 ac/h和7.0 ac/h换气条件下的室内基础温度（空调不运行），室内温度高于28℃的起止时间见表10。从表中可知，当改变换气次数后，空调天数减少了35天。空调能耗变化见表11。从表中可以很直观的看出，当利用自然通风（改变换气次数）时，缩短了空调天数，空调季节的能耗减少了14.15%。表10和表11也同时说明《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中的空调采暖时间、能耗与湖北武汉的实际情况完全脱节。
表11 过渡季节不同换气次数的空调能耗 表10 空调系统运行时间
项目 1次换气 7次换气 空调起始 空调停止 房间名称 换气次数 空调累计冷负荷指标/kW·h/㎡ 34.61 30.94 运行日期 运行日期 空调年耗电量/kW·h/㎡ 15.05 13.45 1 6月3日 9月26日 空调季节能率/% - 14.15 综合考虑 7 6月17日 9月5日
3.2.2 增加遮阳
由于夏季太阳辐射是造成室内得热的主要途径，因此，建筑外窗隔热是建筑节能的重要手段之一。
良好的遮阳设计既能节能，又能调节室内光线分布，还可以美观建
表12 不同遮阳形式下的遮阳系数 筑立面。表12为不同遮阳形式下的遮阳系数。
传热系数K 遮阳系数 /W/㎡•K SC 无内外遮阳 4.7 0.65 遮阳类型 内遮阳 活动外遮阳 4.7 4.7 0.39 0.2 表13 不同遮阳形式下建筑能耗统计
6
内容 建筑负荷面积指标 建筑面积耗电量指标 节能率 统计项目 全年累计热负荷指标 全年累计冷负荷指标 累计采暖耗电量指标 累计空调耗电量指标 采暖空调耗电量指标之和 相对于无内外遮阳的节能建筑 相对于非节能建筑 单位 统计值 节能住宅 非节能住宅 无内外遮阳 固定遮阳 43.76 45.91 38.68 36.79 kW·h/㎡ 23.03 24.16 16.82 16.00 39.85 40.16 % 0.00 29.47% -0.77% 28.92% 内遮阳 活动外遮阳 1.5次换气 43.76 43.76 65.78 35.94 33.74 50.33 23.03 23.03 34.62 15.63 14.67 21.88 38.66 37.70 56.50 2.99% 31.58% 5.40% 33.27% - - 表13为不同遮阳的能耗结果。从表中可知，当增加内遮阳和活动外遮阳时，相对于无内外遮阳的
节能型建筑节能率分别为2.99%和5.40%；当增加固定遮阳时，由于冬季入射得热的减少导致冬季能耗增加，从而使得建筑总能耗增加。该建筑采取遮阳措施所得到的节能率较小，其原因是该建筑的窗墙比很小。
3.2.3 建筑朝向
通过对东向，东北向，
表14 不同朝向建筑能耗统计 西向，西北向以及偏东10
统计值 统计项目 单位 度五种朝向的模拟得到不东向 东北向 偏东10度 西北向 西向 同朝向的建筑能耗，其模拟建筑负荷面积指标 统计结果见表14。从表中
全年累计热负荷指标 kW·h/㎡ 45.24 44.40 43.76 44.37 45.06 可看出，建筑朝向为偏东
全年累计冷负荷指标 kW·h/㎡ 42.73 41.22 38.68 41.31 43.07 10度时，建筑供暖空调能
耗电量指标 耗最小的，西向最大，其次
全年累计供暖耗电量 kW·h/㎡ 23.81 23.37 23.03 23.35 23.71 是东向。因此进行小区规划
全年累计空调耗电量 kW·h/㎡ 18.58 17.92 16.82 17.96 18.73 建设时，选择建筑朝向在最
采暖空调耗电量 39.85 41.31 42.44 kW·h/㎡ 42.39 41.29 佳朝向范围之内，并进行合理的建筑布局，会为居住建筑节能带来明显的效果。
4结论
通过以上的分析讨论，可得出以下几条结论：
（1）实际的空调供暖能耗仅占《湖北省居住建筑节能设计标准-50%》限值的20.14%；空调供暖设备按间歇运行所模拟的能耗仅占限值的62.22%（节能建筑）。因此，要提高空调供暖能耗模拟的准确性，必须考虑输入参数的正确设置。
（2）夏季通过加强自然通风，缩短空调运行时间，夏季可节约14.15%能耗。
（3）增加建筑物的遮阳，可以减少能耗。尤其是活动外遮阳，夏季遮阳，冬季采光，可以减少建筑能耗5.40%。但空调节能量与窗墙比有关。
（4）提高建筑物的保温、隔热性能，冬季可以减少33.47%能耗，夏季可以减少23.13%能耗。 （5）建筑能耗模拟仅是评价建筑节能的一种辅助手段，其输入参数必须通过测试调查获取，否则，其模拟结果不能反映实际情况。
7
参考文献
[1] 湖北省质量技术监督局、湖北省建设厅 联合发布 DB42/301-2005《湖北省地方居住建筑节能设计标准》.
[2] 建设部标准定额研究所编.《居住建筑节能设计标准（夏热冬冷地区）宣贯教材》,北京: 中国计划出版社.
[3] 张亚兰等.城市住宅建筑能耗模拟研究[J].中国住宅设施，2009，（03）：46-47. [4] 李京美等.供暖住宅房间开窗热损失的测试与分析[J].暖通空调，2008，（03）：111-113. [5] 陈兆辉等.住宅建筑夏季自然通风方式下热环境分析[J].住宅科技，2007，（01）：27-30. [6] 谭涛等.利用自然通风技术降低建筑能耗研究[J].建筑节能，2005，（05）：12-14.
[7] 中国气象局气象信息中心气象资料室等.中国建筑热环境分析专用气象数据集.北京：中国建筑工业出版社，2005.
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